徐承原/空間數據分析推動精準新農業

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畢業於臺大地理研究所,將興趣投注於如何利用空間分析技術解決環境管理問題,因此成立宸訊科技,目前公司專心致力於智慧農業與環境污染相關領域之研究。

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徐承原/空間數據分析推動精準新農業

  1. 1. 空間數據分析推動精準新農業 宸訊科技 EMCT Inc. 總經理 徐承原 中華民國 105 年 7 月 17 日 Driving innovation with open data
  2. 2. 建置精緻農產品企業決策支援系統 台灣農業的現況與問題 2
  3. 3. 精緻農產品企業決策支援系統 精緻農產品  結球萵苣 美生菜 3
  4. 4. 精緻農產品企業決策支援系統 精緻農產品 4  水果玉米(甜度16、生吃)
  5. 5. 精緻農產品企業決策支援系統 5
  6. 6. 精緻農產品企業決策支援系統 精緻農產品市場生態系 6 通路系統 各地方 農會 品牌農企 契作農場 目前約 4萬 處精緻農產契作農地 ------------------------------------------ -------------------------------------------------------- (台灣總計約 200萬 處農地) 定時、定量、 分級供貨 保價收購 全額供貨
  7. 7. 精緻農產品企業決策支援系統 生產供應鏈剖析 鮮綠農產公司-水果玉米 仍採用傳統專家經驗法則管理,產能釋放遭遇瓶頸。 7 近300處 甜玉米契作農場 散佈雲嘉南 契約保價 全額供貨 20位指導員 現地管理 其他通路 須保證 A級品 每週出貨 100,000支 真空包上架 $ 49 / 支 品牌農企 B級品 每週供貨
  8. 8. 精緻農產品企業決策支援系統 農企業所面臨的迫切問題 近年,高價精緻生鮮商品成為風潮。 市場需求快速攀升。 8 需求 供給 today 但精緻農企,卻受傳統管理營運 模式限制,出現產能擴充瓶頸。
  9. 9. 精緻農產品企業決策支援系統 解決方案:精準農業科技  環境的咫尺變化遠比我們看到的要更複雜  因材施教;因地制宜 9 56 105 215 267 304 439 492 780 1246 0 500 1000 1500 古巴 泰國 美國 法國 中華民國 日本 加州 以色列 荷蘭 特定國家農業生產效率
  10. 10. 建置精緻農產品企業決策支援系統 精準農業科技 10
  11. 11. 精緻農產品企業決策支援系統 創造高單位農地產值  台灣農業與環境資源的衝突問題不斷增加。  同樣地狹人稠、環境資源有限如以色列、荷蘭、 日本、美國加州、義大利,卻逆境創造全球最高 的單位農地產值。  在這些國家,農業已成新興科技產業,並帶動高 比例青年就業人口。共同的成功關鍵,就是引入 精準農業技術(Precision Agriculture)。 11 2015.05.11 商周封面
  12. 12. 精緻農產品企業決策支援系統 精準農業技術 12 Precision Agriculture Reduce fertiliser and lime costs Apply nitrogen variably Know your physical soils Profit from your yield maps Help you select suitable GPS equipment
  13. 13. 精緻農產品企業決策支援系統 台灣農業的差異化-在地特產 13 關廟的田就只適合種鳳梨嗎? 為什麼同樣的作物,隔壁的田收穫就是比較好? 我的田到底應該種什麼比較好?
  14. 14. 建置精緻農產品企業決策支援系統 農業雲資料庫 14
  15. 15. 精緻農產品企業決策支援系統 農業雲資料庫建置流程 15
  16. 16. 精緻農產品企業決策支援系統 農業雲資料庫 16 農地坵塊 地形高程、行政區、 灌溉區、河流水系、 山坡地、農牧用地 土地覆蓋作物種類、 淹水潛勢 農業空間基礎資料 農業管理資訊 雨量、氣溫、最高 濕度、最低濕度、 輻射量 農業氣象圖集 農業土壤資訊 土壤化學性質、土 壤特性圖、土壤管 理組圖
  17. 17. 精緻農產品企業決策支援系統 農地坵塊(CLU) 17 雲林虎尾農地坵塊圖 Common Land Unit (CLU) the smallest unit of land 農地坵塊(230萬)
  18. 18. 精緻農產品企業決策支援系統 如何整合氣象資料 18 氣象測站點 (1352) 450 m grid (18萬) 農地坵塊 (230萬) 網格化 PRISM model Spatial Join
  19. 19. 精緻農產品企業決策支援系統 氣象測站資料 19 中央氣象局+環保署+國家公園 氣象測站 溫度 濕度日照時數 累積雨量 風速 監測資訊 網格氣象站A 氣象站B PRISM model 資料更新頻率: 氣象站:每十分鐘 農業氣象站:每日 450 m 450 m
  20. 20. 精緻農產品企業決策支援系統 氣象測站資料特性 20  測站分布不均勻(Clustered)  理論測站平均距離:5268 Meters  實際測站平均距離:2658 Meters 2700 Meters 450 Meters 測站 (測站均勻分布)
  21. 21. 精緻農產品企業決策支援系統 氣象資料空間網格化(450M) 21 *全台30公尺DTM資料 *精準計算地形地貌。 *黑點為氣象測站位置。  資料來源:中央氣象局  合作單位:美國奧勒岡州立大學空 間分析中心 資料製作  海陸分布  逆溫層  地形效應 PRISM model
  22. 22. 精緻農產品企業決策支援系統 Real Data Kriging (Traditional) 海陸分布 逆溫層 地形效應 Smooth interpolation PRISM model 22 PRISM model 實際值 推估值 地形
  23. 23. 精緻農產品企業決策支援系統 PRISM model 23 DEM Kriging 推測數值必定 介於周圍測站 數值之間,無 考慮地形效應 等真實情況 0 10,000 20,0005,000 Meters PRISM 推測值準確反 映地形高程等 實際情形 0 6,400 12,8003,200 Meters 傳統氣象資料推估方法 新竹縣 尖石鄉 7月平均雨量
  24. 24. 精緻農產品企業決策支援系統 12
  25. 25. 精緻農產品企業決策支援系統 25 雲林虎尾寮 大屯子、北溪厝 農地坵塊 年平均雨量圖 0 390 780195 Meters Legend 雲林虎尾農地_Attribute Parperc13 1167 - 1207 1208 - 1228 1229 - 1250 1251 - 1279 1280 - 1298 1299 - 1309 1310 - 1322 1323 - 1360 Legend Parirradia 12.326270 12.326271 - 12.330430 12.330431 - 12.363690 12.363691 - 12.398360 12.398361 - 12.399760 雲林虎尾寮 大屯子、北溪厝 農地坵塊 全年每日全天空日射量平均圖 0 390 780195 Meters 氣象資料匯入農地坵塊
  26. 26. 精緻農產品企業決策支援系統 如何整合土壤特性調查資料 26 250公尺 採樣點 (20萬) 450 m grid (18萬) 農地坵塊 (230萬) 網格化 空間內插 Spatial Join
  27. 27. 精緻農產品企業決策支援系統 土壤特性資料採樣點 27 將全台平原區以 250 公尺 為單位進行採樣。 共採集13萬個點、60萬個樣品。 土壤 管理 母質種類、土壤特性、土壤型 態、排水等級、石灰性、坡度、 表土酸鹼性、各層質地、土系 土壤 特性 土壤質地、土型、土相、大土 類 土壤 化學 性質 土壤肥力網格 土壤汙染
  28. 28. 精緻農產品企業決策支援系統 農業土壤資訊網格化 28 250公尺 土壤肥力網格 空間內插法 採樣A 採樣B 採樣C 採樣D
  29. 29. 精緻農產品企業決策支援系統 pH OM P 全台250公尺網格調查資料 建立3D土壤資料 erosion 13
  30. 30. 精緻農產品企業決策支援系統 土壤特性資料匯入農地坵塊 30  類別 Feature to Point Spatial Join 以農地坵塊之中心點 之資料作為代表  數值 Weighted Average Spatial Join 依面積比例加權計算 土壤資訊與農地坵塊邊界不相符 雲林虎尾寮 農地坵塊 疊圖 第一層0.1M鹽酸抽出液檢測結果圖 Legend <all other values> MN 39.01 108.57 132.03 181.62 雲林虎尾農地 0 40 8020 Meters
  31. 31. 精緻農產品企業決策支援系統 31 Legend 雲林虎尾農地_pH <all other values> ParSoilPH 0 6 7 8 雲林虎尾寮 大屯子、北溪厝 農地坵塊 表土酸鹼圖 0 390 780195 Meters Legend <all other values> ParSeriesC 下中系 下崙系 下水埔系 中洲系 中萬甲系 二林系 五房州系 元長系 六分寮系 六塊厝系 南興系 口湖系 埤頭系 塭子內系 大埔尾系 大寮系 安定系 將軍系 山寮系 岸內系 廉使系 廣福里系 後崩山系 掌潭系 新港系 旗山系 本廳系 林頭系 海寮系 港墘系 牛尿港系 番子寮系 蕃薯厝系 西畔系 許厝寮系 路口厝系 馬公厝系 龍岩系 0 390 780195 Meters 雲林虎尾寮 大屯子、北溪厝 農地坵塊 土系圖
  32. 32. 精緻農產品企業決策支援系統 農場專屬環境紀錄 32 砷 汞 鉻 鎳 重金屬污染物 鎘 鎘 鉛 鋅 土壤性質 大氣 變化 文明 活動 土壤 特性 高 低 變動頻率 欄位X 全臺最完整 、精準的農場環境雲
  33. 33. 建置精緻農產品企業決策支援系統 農業雲資訊平台 33
  34. 34. 精緻農產品企業決策支援系統 平台內容 34 將氣象局最近30年的氣 溫、雨量、輻射、濕度 資料作統計分析 連結氣象局的氣象預報 資料,並包含各種氣候 風險預警 顯示農委會所發布的蟲 害預警,以及近日的溫 度與濕度,作為蟲害預 警的推測 呈現土壤基本資料、化 學含量,與從99年起的 耕種紀錄 紀錄災損時間、原因、 損害量 統計近期重大災害,在 各地區造成之災損面積 與比例 依據土地類型、氣候資 料、歷史資料等推估產 量,並顯示歷年推估與 實際攢量 統計歷年災害發生日數、 災害類型
  35. 35. 精緻農產品企業決策支援系統 個別農場差異化資訊  透過GIS技術切割運算OpenData,建立個別農場專屬環 境資訊  氣候、土壤、面積、高程、坡度向、病蟲害紀錄、作物種 植紀錄,周圍環境風險因子 35
  36. 36. 精緻農產品企業決策支援系統 36
  37. 37. 精緻農產品企業決策支援系統 OpenData資料價值呈現  傳統農企業對農場重要環境資訊無法有效掌握  氣象資訊:  每日專人於網站下載氣象局預報資料後判讀  累積歷史氣候資訊  取得該農地的氣象資料,非鄉鎮尺度的預報資料 (採用中央氣象局的open data資料進行開發)  土壤資訊:  因農地樣本送檢成本高(>12,000元/單次),故除稽核抽檢外,多因作 物生長狀況有異,才會採樣送檢 37 1352處*1.2萬=1600萬 230萬處*1.2萬=276億
  38. 38. 建置精緻農產品企業決策支援系統 田間管理資訊平台 38
  39. 39. 精緻農產品企業決策支援系統 計畫合作農場  合計1352處 39 鮮綠 庄西 新湖
  40. 40. 精緻農產品企業決策支援系統 農地管理 40
  41. 41. 精緻農產品企業決策支援系統 作物生長品質管理 41
  42. 42. 精緻農產品企業決策支援系統 作物產量進度管理 42
  43. 43. 精緻農產品企業決策支援系統 食安要求-源頭產地選址與稽核  農企業所有的契作農場,都必須通過下游客戶現地環境勘 查認證後,使得進行種植生產  外銷歐盟、日本,須符合農產品生產作業基準國際認證(以下節錄)  大型企業自訂稽核規範(節錄) ,e.g. 43 條文號碼 管制點 符合性規範 執行度 CB.4.1 是否備有農場用之 土壤剖面圖 根據土壤剖面圖或土壤分析或當地土壤類 型鑑別各栽培場之土壤類型 建議 條文號碼 潛在危害 引發原因 紀錄文件 5.6 生產流程管控 重金屬等 有害物質 • 灌溉水汙染 • 周邊環境汙染(化工廠、畜 牧場、垃圾場等) • 土壤、灌溉水重金屬檢測 • 種植地籍圖 • 風險評估地圖
  44. 44. 精緻農產品企業決策支援系統 如何決定最佳農場地點?(選址)  風險因子(限制因子)  勘查範圍:單一處農地 * 1.6公里周圍  勘查項目:灌溉渠道(水流向)、水井口、 廁所、車道、住宅區、工廠(排放汙染內 容)、畜牧場畜舍(養殖數量)、背景空汙 (PM10,PM2.5)、酸雨、土壤採樣分析數 據(物理、化學性質)、重金屬檢測、高壓 電塔、土壤剖面、歷史氣候、等高線…。  環境適栽度(積極因子) 44 氣候 發芽適溫為15~20℃、結球適溫為17~18℃ 土壤 1. 砂質壤土或黏質壤土為宜,萵苣對土壤的 pH 值反應很敏感,最適土壤 反應在 pH6~7。 2. 氮、磷、鉀養分的平均吸收量範圍分別為17.9~81.9、2.15~11.3和 21.4~129 kg·hm-2 日照 在5℃以上的積算溫度為1000℃至1600℃間及長日下可促成其提早花芽分化。
  45. 45. 精緻農產品企業決策支援系統 OpenData 資訊整合查詢 45
  46. 46. 精緻農產品企業決策支援系統 農場選址決策支援 46  All Data from OpenData.gov  與農場地籍、衛星影像精準整合  持續累積合作農企業所提供之更新 調查資料
  47. 47. 精緻農產品企業決策支援系統 圖層套疊分析 47  清楚掌握汙染位置  依據農田排水道分 布與流向,可追溯 至上游的汙染源(畜 牧場、工業區汙水 處理廠等)
  48. 48. 精緻農產品企業決策支援系統 精準農業  LBS適地性服務,精準提供資訊(平板,手機) 48 UAV近紅外光正射農地影像(11/17)
  49. 49. 精緻農產品企業決策支援系統 完成全台所有農場履歷資訊 49 1 KM
  50. 50. 精緻農產品企業決策支援系統 革新後的產業生態系 50 快速精準選擇 優質契作農場 優質生產 數據管理 精準服務 其他通路 5,000店 穩定供貨 市場持續成長 品牌農企 穩定供貨 需求帶動供給
  51. 51. Driving Innovation With Open Data

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